小间距长距离上下重叠盾构隧道施工技术.doc

小间距长距离上下重叠盾构隧道施工关键技术
方东明1，李平安2
（1．2．深圳市地铁三号线投资有限公司，深圳 518172）
摘要：针对重叠隧道小间距、上距离的特点，根据三维数值模拟分析结论提出“先下后上”的总体施工原则，重点阐述了盾构掘进控制、夹层土注浆加固和洞内临时支撑台车隧道加固等关键措施，通过监测结果有效验证了其成功，可为今后的重叠隧道设计、施工管理提供经验借鉴。
关键词：小间距；长距离；重叠隧道；注浆加固；支撑台车；施工技术
中图分类号：U458 文献标志码：C 文章编号：

Small spacing distance up and down key technologies overlap Shield Tunnel Construction
FANG Dong-Ming LI Ping-An
The First Shenzhen Metro No.3 Line Investment Co.,Ltd
Abstract：Duplication of the tunnel for a small distance, the distance feature, according to three-dimensional numerical simulation of the conclusions "before you get on" the principle of general construction, focuses on the shield control, laminated soil grouting and temporary support trolley tunnel inside the cave reinforcement and other key measures, through the monitoring results effectively validate their success for the future duplication of the tunnel design and construction management Experience.
Key words：Small spacing；Long Distance；Overlapping Tunnels；Grouting；Support trolley；Construction Technology

0 引言
随着国家对基础建设投入的加大及大城市交通拥堵客观形势的需要，我国隧道及地下工程建设方兴未艾。尤其是地铁受周边环境的限制，重叠隧道的应用实例越来越多，如深圳地铁一期罗~国~老~大区间[1、2、3]、广州地铁5号线沙~凤区间[4]、上海明珠线近距离交叠隧道[5]等。但是，国内对重叠隧道方面的经验主要在集中在矿山法方面，而近年来对盾构法重叠隧道方面的经验也主要集中在力学数值模拟[6、7、8]方面，采用盾构法进行重叠隧道施工的经验极为有限。深圳地铁3号线老~晒盾构区间因其小间距、长距离上下重叠的特点而施工难度极大，主要通过盾构掘进参数控制、夹层土体注浆加固、洞内临时支撑台车隧道加固等关键措施，有效地控制了地面建筑物沉降和保证地面建筑物安全。
1 工程概况
深圳地铁3号线红~老~晒区间位于深圳市老街、东门核心商业中心区，区间隧道穿越密集的楼宇、纵横交错的地下管线，采用盾构法施工。由于1号线老街站采用上下重叠侧式站台形式，为了实现与其同站台平行换乘，3号线红~老~晒区间局部采用上下重叠的布置形式（左线在上、右线在下），上下隧道轨面高差为7.6m。其中红~老区间全长1265m，重叠段长361m；老~晒区间全长832m，重叠段长684m，重叠段最小间距1.6m。老~晒区间重叠段须下穿7栋建筑物，左线隧道中心覆土厚度8~18m，主要穿越<11-1>、<12-1-2>地层，部分区段有<6-2>、<11-2>地层，地下水较发育，近接施工的影响明显。本文主要以老~晒区间重叠段为例进行阐述。
2 工程重难点
1）左右线隧道上下重叠间距小，仅为1.6m；距离长，过渡段和完全重叠段达684m；线路曲线半径仅为350m，盾构姿态控制困难。
2）线路穿越地层为软弱地层，覆土浅，地面为繁华商业老城区，尤其是太阳百货广场、永新商业城在桩基托换、1号线下穿和老街站基坑开挖过程中已多次发生沉降，盾构掘进的沉降控制要求异常严格。
3）后建隧道盾构掘进时将会造成沉降二次叠加，并对先建隧道结构造成影响。
3 总体施工方案
3.1 施工总体原则（重叠隧道内力数值分析结论）
为了有效控制盾构掘进的沉降二次叠加影响，尽量减少盾构掘进过程中对先建隧道结构的影响，经过西南交通大学采用ANSYS软件对6种不同工况进行三维数值模拟分析[7、8]后认为：采用“先下后上”的施工顺序，后建隧道的施工对地表沉降和先建隧道的二次扰动更小。同时建议对下洞设置临时内支撑系统以降低对既有结构的影响，在下洞对夹层土进行注浆加固以减少地表沉降，下洞盾构必须超前132m。其中，上洞盾构施工时对下洞管片、地表沉降的影响如图1、2。
盾构

图1 下洞管片拱顶的竖向位移纵向布置关系曲线（盾构刀盘位于195m处时）
Fig.1 Hole under the vertical displacement of the segment longitudinal arch curve
盾构

图2地表轴线处竖向位移与隧道纵向距离关系曲线（盾构刀盘位于195m处时）
Fig.2 The vertical axis of the surface displacement and vertical distance curve of the tunnel

3.2总体施工步骤
按照“先下后上”的施工原则，总体施工步骤如下：
右线隧道（下洞）盾构掘进→夹层土体注浆及洞内二次注浆加固→下洞洞内支撑台车移动加固→左线隧道（上洞）盾构掘进→上洞二次注浆加固→下洞支撑台车拆除
4 关键施工措施
4.1 盾构掘进控制措施
由于隧道处于软弱地层且地面建筑物密布，盾构掘进采用完全土压平衡模式，匀速、快速掘进。
1）掘进参数控制
土仓压力根据覆土性质、厚度确定，并结合出土量、地表沉降情况适时调整，以刀盘前方不产生隆起为土仓压力设定原则，上洞实际施工时最大土仓压力达到2.5bar。具体参数控制在：下洞土仓压力1.2~2.0bar，上洞土仓压力1.0~1.5bar；刀盘转速1.0~1.5/rpm；刀盘贯入量15~50 mm/r；刀盘扭矩1200~1500 KNM；总推力9000 ~15000 KN；掘进速度20~30mm/min。
2）严格以理论出土量为盾构出土控制值，每环出土量偏差不得超过2m3。每掘进30cm检查一次出土量。
3）避免大幅度的轴线纠偏动作，盾构纠偏原则为“勤纠、少纠”， 施工阶段隧道轴线偏离设计轴线不得大于±50mm。
4）同步注浆采用水泥砂浆硬性浆液，每环注浆量不少于6m3，并根据地表沉降情况适时调整注浆量。
5）根据地表沉降及出土量情况及时进行二次注浆，采用水泥—水玻璃浆液。
4.2 夹层土注浆加固措施
图3 重叠隧道夹层土体注浆加固示意图
Fig.3 Overlapping tunnel dissection diagram of soil grouting
为了保证上洞施工时夹层土体的强度，避免上洞盾构掘进过程中失稳、下沉，下洞隧道管片邻接块需增加预留注浆孔，以增加夹层土体的注浆量。
拱部管片中需增设预留注浆孔，下洞每环5孔，上行洞每环2孔。注浆加固范围为隧道拱部120°范围内、衬砌环外3.0m线以内的土体，通过钢花管向地层进行注浆，以提高夹层土体的强度和密实度。在重叠隧道范围内的下洞施工完成后，要从下洞对夹层土体进行注浆；而在上洞施工时，也要对夹层土体进行注浆。
4.3 洞内临时支撑台车加固措施
根据针对盾构推进的三维模拟数值分析，必须对先建隧道（下洞）进行临时支撑加固，并满足以下要求：
⑴ 抵抗上洞施工过程中，盾体下方下洞管片环缝之间因垂直错动产生的剪力。
⑵ 提高下洞纵向刚度，减小下洞垂直弯曲变形。
⑶ 下洞影响范围（24m）内的支撑不能卸力，必须提供持续支撑。
为此，经过专家论证采取洞内临时支撑台车对下洞进行临时支撑加固，台车外观见图4。该台车主要技术参数如下：
（1）外形尺寸：∮5400mm；
（2）纵向有效总长：车长4.5m×4+车间距1.5m×3=22.5m；
（3）车总长：28.8m
（4）轮对中心距：987mm；
（5）支腿液压系统：压力可调7~16Mpa，系统压力16Mpa，工作压力12Mpa；最大行程200mm，工作行程140~160mm；系统压力显示，支腿油缸顶推力8~12.5t，两组十联阀分路控制；
（6）顶推液压系统：压力可调14~28Mpa，系统压力28Mpa，工作压力24Mpa；油缸行程分1000mm和450mm两种，车组之间油缸正常状态时为零行程；一组五联阀分路控制，单组油缸顶推力60~71t；
（7）支点数量：采用HT200铸铁轮心压橡胶支点与管片接触，共224个支点。
（8）整车总重量98.5t。

图4 洞内临时支撑台车结构平面图
Fig.4 Temporary support structure inside the cave, car plan

图5 太阳广场第三方监测点沉降曲线图
Fig.5 Sun Square, third-party monitoring settlement curve

该台车采用液压油缸作车组顶推、采用橡胶轮作隧道支点，能够满足350米曲线段施工要求、纵向刚性连接要求、保证每环管片均有支点柔性支撑，其移动方式有两种：
（1）整体顶推移动：由第一车组顶推油缸作主推油缸和第四车组的侧油缸作附推缸，将整体车组不卸载顶推移动；
（2）分车组顶推移动：由第三车组的四组油缸同步顶推第四车组移动，这样2推3，1推2与后推1的方式进行不卸载移动；
.
图6 洞内临时支撑台车外观
Fig.6 Temporary support car look inside the cave
5 监控量测资料分析
太阳广场在盾构通过前进行了桩基托换，该处重叠隧道施工期间的累计沉降值最大。根据太阳广场建筑物第三方监测点沉降曲线来看（见图4），同时结合该处施工情况来分析：桩基托换期间（2008.3.10~2009.3.10）累计沉降量为-7.5mm，下洞盾构穿越期间（2009.3.10~3.22）累计沉降量为-9.8mm，上洞盾构穿越期间（2009.6.26~7.8）累计沉降量为-10.4mm，两次盾构穿越房屋造成的沉降均控制在2mm左右。
6 结束语
随着各大城市轨道交通网络密度的进一步加强，受周边环境条件的限制及规划选线的经济性要求，必然会面临越来越多的重叠隧道盾构施工问题。深圳地铁通过加强盾构掘进控制、采取夹层土体注浆加固及洞内临时支撑台车隧道加固等措施，以“先下后上”的方式成功克服了小间距、长距离重叠段的施工难题。但是，3号线红~老区间受盾构设备、地质条件的影响将面临“先上后下”的施工方式，其工程经验将有待进一步总结、验证。

参考文献
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[9]关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993.
作者简介：
1、方东明（1978-），男，汉，江西于都， 2001年毕业于西南交通大学土木工程本科专业、现就读上海交通大学工程硕士，工程师，现从事于地下工程施工管理工作。
2、李平安（1966-），男，汉，河南郑州， 1990年毕业于石家庄铁道学院地下工程本科专业，高级工程师，现从事于地下工程施工管理工作。
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